Выбор конструкционного материала и способа защиты для изготовления и хранения раствора:

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Тверской  государственный технический университет

Кафедра «Технология полимерных материалов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

По курсу  «Химическое сопротивление и  защита от коррозии»

Выбор конструкционного материала и способа защиты для  изготовления и хранения раствора:

 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                   Выполнил: студент группы МАХП – 0908

                                   Матвеев Д.В.

                                                     Проверил: Комаров А.М. 
 
 

Тверь 2010 
 

Содержание

Введение……………………………………………………………………3

1. Аналитический  обзор…………………………………………………..4

     1.1 Механизм коррозии металлов в кислотах …………………...4

     1.2 Материалы устойчивые в растворе ………….………...5

     1.3 Методы защиты от коррозии в растворе……………………..6

2. Выбор материала для изготовления емкости хранения...................12

3. Выбор  и способа защиты…………………………….........................13

4.Коррозия в почвах……………………………………………………..14

5.Способы  защиты от подземной коррозии……………………………16

5.1 Изоляционные покрытия трубопроводов…………………...16

5.2 Катодная защита  трубопроводов……………………………16

6.Расчет катодной защиты трубопровода……………………………...18

Заключение………………………………………………………………...20

Список  использованной литературы……………………………………21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

  В современном мире численность населения  Земли быстро возрастает. В 1850 г. оно  составляло 1,2 млрд. человек, к 1950 г. увеличилось до 2,5 млрд. человек, а в 2011 г. — 7 млрд. человек. Соответственно растут и потребности людей, причем не пропорционально росту их численности, а более высокими темпами. Удовлетворить эти непрерывно умножающиеся потребности можно только за счет развития производства. Так, если за последнюю четверть века население планеты возросло в 1,6 раза, то объемы основных производств — в 2-5 раз.

  Промышленность  Российской Федерации имеет более 20000 предприятий с разнообразными технологиями производства. Оборудование для них изготавливают на основе сплавов черных и цветных металлов, а также из природных или искусственных химически стойких материалов. Со временем оно стареет или разрушается вследствие коррозии. Это приносит не только большие экономические потери, но и приводит к глобальным экологическим катастрофам.

    Экономический и экологический ущерб, наносимый нашей планете коррозией металлических изделий, оборудования и конструкций, неисчислим. В Российской Федерации ежегодные потери металлов из-за их коррозии составляют до 12% общей массы металлофонда, что соответствует утрате до 30% ежегодно производимого металла. Кроме столь огромных связанных с коррозией прямых потерь, существуют еще большие косвенные потери. К ним относятся расходы, обусловленные потерей мощности металлического оборудования, его вынужденными простоями из-за аварий, а также расходы на ликвидацию последствий аварий, часто носящих характер экологических катастроф. Как правило, металлическое изделие, пришедшее в негодность вследствие коррозионных разрушений, отправляют на переплавку. В этом случае общие потери будут включать безвозвратные потери металла, перешедшего в продукты коррозии, стоимость изготовления металлических изделий и косвенные потери. По статистическим данным безвозвратные потери составляют 8-12% от первоначальной массы металла. Стоимость изготовления металлических конструкций зачастую превосходит стоимость самого металла. К косвенным потерям относят расходы, связанные с отказом в работе металлического оборудования, с его простоями и ремонтом, связанные не в последнюю очередь с износом стыковых соединений, выполненных с помощью незащищенных крепежных изделий. Суммарно в большинстве стран потери от коррозии составляют 4-6% национального дохода.

    Росту потерь от коррозии способствует постоянное интенсивное развитие наиболее металлоемких отраслей промышленности, например, энергетики (тепловой и атомной), транспорта (в том числе трубопроводного), металлургии, химической, нефтяной и нефтехимической промышленности и др., а также ужесточение условий эксплуатации металла, как в промышленности, так и в городском хозяйстве. Все это указывает на исключительную важность проблемы борьбы с коррозией металлов, а следовательно, и на большую значимость развития научно-технических работ в данной области. Но главное, что определяет необходимость первоочередного решения проблемы научного подхода к поиску оптимальных путей противокоррозионной защиты металлов, связано с безвозвратностью затрат на борьбу с коррозией металлических изделий и конструкций и невосполнимостью из­расходованных при этом земных ресурсов.

  Химическая  промышленность производит в настоящее  время свыше 90 тысяч наименований разнообразных химических продуктов. Но лишь 1/5 от этого количества производится на основе всесторонних и действительно  научных разработок. Технология производства около 80% из них не оптимизирована.

  Необходимо  отметить, что создание самых совершенных  машин и аппаратов не гарантирует  их от разрушений. Повышение надежности, экологической безопасности технических  систем предъявляет особо жесткие требования к качеству конструкций и монтажа. В условиях несовершенства производства, нарушения технологий эксплуатации, износа оборудования вероятность «отказов» и аварий возрастает.

  Степень удовлетворенности страны основными  средствами защиты металлоконструкций существенно ниже необходимой. В частности, потребность в лакокрасочных покрытиях и ингибиторах удовлетворяется на половину, а в защите готового металлопроката, например, в трубах с покрытиями — менее чем на 30%.

  Наибольшие  потери от коррозии несут топливно-энергетический комплекс (ТЭК), сельское хозяйство, химия и нефтехимия. Так, потери металла от коррозии составляют: в ТЭК — 30%, химии и нефтехимии — 20%, сельском хозяйстве — 15%, металлообработке — 5%.

  Для нахождения путей практического решения тех или иных задач, возникающих в результате коррозионного разрушения различных металлических объектов, необходимо, в первую очередь, понимание законов такого разрушения, т.е. теории коррозии металлов. Это требует рассмотрения общих вопросов, к которым, кроме механизма коррозии металлов, следует отнести такие разделы, как: диагностика конструкций и оборудования потенциально опасных производств и объектов; оценка прочности и остаточного ресурса эксплуатируемых конструкций и оборудования объектов повышенной опасности; разработка ресурсосберегающих технологий сварки и смежных процессов для повышения надежности работы конструкций; сертификация и нормирование, как основа обеспечения качества оборудования; экологические и социально-экономические проблемы обеспечения надежности эксплуатации потенциально опасных объектов./1/

1.Аналитический  обзор

1.1.Механизм коррозии  металлов в кислотах

Механизм электрохимической  коррозии. Коррозия металла в средах, имеющих ионную проводимость, протекает  через анодное окисление металла:

     

     и катодное восстановление окислителя (Ох)

     

  Окислителями  при коррозии служат ионы . Наиболее часто при коррозии в кислотах наблюдается выделение водорода

Коррозия с участием ионов водорода называется коррозией с выделением водорода (коррозией с водородной деполяризацией) (рис.1).

  Кроме анодных и катодных реакций при  электрохимической коррозии происходит движение электронов в металле и  ионов в электролите. Электролитами могут быть растворы солей, кислот, оснований, морская вода, почвенная вода, вода атмосферы, содержащая , , и другие газы.

Рис. 1. Схема коррозии стали в растворе с выделением водорода.

  Химическая  энергия реакции окисления металла  передается не в виде работы, а лишь в виде теплоты. Схема электрохимической  коррозии железа в контакте с углеродом  приведена на (рис.1).

На анодных  участках происходит реакция окисления  железа . На катодных участках происходит восстановление водорода .

  Причинами энергетической неоднородности поверхности  металла и сплава могут быть неоднородность сплава по химическому и фазовому составам, наличие примесей в металле, пленок на его поверхности и др. На поверхности металла могут быть участки, на которых катодные реакции протекают быстрее (катализируются), чем на других участках. Поэтому катодный процесс в основном будет протекать на участках, которые называются катодными. Наличие участков, на которых катодные реакции протекают быстрее, увеличивает скорость коррозионного процесса. На других участках будет протекать в основном растворение металла и поэтому они называются анодными./1/

1.2.Материалы  устойчивые в растворе 

  Серная  кислота в диапазоне концентраций от 10 до 90%, как известно, особенно коррозионно-активна. Специальные металлы, такие как  титан, подвергаются быстрой коррозии в серной кислоте при температурах ниже 100⁰C. Очень немногие экзотические металлы (цирконий и тантал) могут применяться в серной кислоте выше температуры кипения.

Тантал (Та)

    Элемент V группы Периодической  системы. Металл стального цвета  с синеватым оттенком. Тантал  открыт в 1802 г. швед, химиком  А. Г. Экбергом. Металлический  тантал впервые получил в 1903 г. немецкий химик В. фон Болтон. Тантал в соединениях проявляет преимущественно степень окисления +5. Металлический тантал стоек в большинстве агрессивных сред, в т.ч. в «царской водке». Взаимодействует с и выше 50-100 °С. /2/

Цирконий (Zr)

  Элемент IV группы Периодической системы. Серебристо-белый  металл с характерным  блеском. Порошкообразный Zr был получен в 1824 г. шведским химиком  И. Берцелиусом, а пластичный — в 1925 г. нидерландскими химиками А. ван  Аркелом и И. де Буром при термической диссоциации иодидов Zr. Стоек в кипящей при концентрации до 70%./2/ 
 

Свинец (Pb)

  Элемент IV группы Периодической системы. Тяжелый металл голубовато-серого цвета, очень мягкий и пластичный (режется ножом). Стоек в растворе при концентрации меньше 96% при комнатной температуре. Скорость коррозии в кипящих растворах, содержащих менее 80% составляет менее 2мм/год; в кипящей 20% - 0,08мм/год./2/

Хастеллой

  Общее название группы коррозионностойких  Ni-сплавов систем Ni-Мо и Ni-Cr-Mo. Стойки в , но склонны к межкристаллитной коррозии после нагрева при 600-850 °С. В России производят хастеллой марок Н70МФ, ХН65МВ и др./2/

Полимербетон (пластобетон)

  Пластобетон является одним из видов бетона, в котором в качестве связывающего вещества применяются термореактивные смолы, такие как полиэфирные и эпоксидные с отвердителями, а также термопластичные смолы. Технология полимербетона не отличается существенно от приготовления обычных цементных бетонов. Примерный состав полимербетона (% по массе): щебень гранитный 51, песок кварцевый 26, кварцевая мука 11, фурфуролацетоновый мономер - ФАМ (продукт конденсации в щелочной среде эквимолярных количество фурфурола и ацетона) 10, бензолсульфокислота 2./6/

Резины гуммировочные

  Сочетание резины и эбонита с различными физико-механическими свойствами и химической стойкостью дает возможность подобрать для каждого аппарата в зависимости от условий его эксплуатации наиболее долговечное покрытие, состоящее из одного или нескольких сортов резины./6/

Полимерные  материалы

  Полимеры  — неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы  химическими или координационными связями.

  Отличаются  широкими возможностями регулирования  состава, структуры и свойств. Основные достоинства полимерных материалов: низкая стоимость, сравнительная простота, высокая производительность, малая энергоемкость и малоотходность методов получения и переработки, невысокая плотность, высокая стойкость к агрессивным средам, атмосферным и радиационным воздействиям и ударным нагрузкам, низкая теплопроводность, хорошие адгезионные свойства. Недостатки полимерных материалов: низкая тепло- и термостойкость, большое тепловое расширение, склонность к ползучести и релаксации напряжений; для многих полимерных материалов - горючесть./6/